某SUV 車(chē)型前制動(dòng)異響分析

孫剛，吳昊

（浙江吉利汽車(chē)集團(tuán)浙江路橋公司，浙江 臺(tái)州 318050）

1 引言

我國(guó)汽車(chē)行業(yè)飛速發(fā)展，汽車(chē)已成為人們最主要的交通工具，伴隨著汽車(chē)生產(chǎn)產(chǎn)品的日益增多，帶來(lái)各種故障維修問(wèn)題，其中制動(dòng)系統(tǒng)故障的問(wèn)題用戶(hù)極為在意，探討影響制動(dòng)異響故障的各種因素，并找到解決方法，具有實(shí)際的意義和必要性。

2 問(wèn)題識(shí)別

2018 年冬季，某SUV 車(chē)下線車(chē)路試總檢，車(chē)輛在中等車(chē)速快速踩下制動(dòng)時(shí)，左前輪處發(fā)出“噠噠”異響，異響頻率與行駛車(chē)速成正比，車(chē)速越高異響頻次越高，異響發(fā)生在制動(dòng)器上，類(lèi)似金屬撞擊聲音。

該車(chē)型前制動(dòng)器總成結(jié)構(gòu)為盤(pán)式制動(dòng)器，由制動(dòng)盤(pán)、卡鉗殼體、鉗體支架和一組摩擦片、防濺罩組成。制動(dòng)盤(pán)、前輪轂單元、輪輞三個(gè)部件剛性連接；制動(dòng)卡鉗安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)上，轉(zhuǎn)向節(jié)上部羊角與前減振器魚(yú)尾板連接，卡鉗殼體通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)套連接在鉗體支架上，制動(dòng)卡鉗內(nèi)裝有兩個(gè)彈簧片和一組摩擦片，液壓制動(dòng)時(shí)兩個(gè)摩擦片將制動(dòng)盤(pán)夾緊，迅速減少車(chē)輛動(dòng)能使車(chē)速降低。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況如表1 所示：

表1

異響車(chē)輛拆解的摩擦片經(jīng)判定外觀，硬度，壓縮變形值，裝配尺寸均符合圖紙要求，結(jié)合臺(tái)架驗(yàn)證結(jié)果摩擦片供應(yīng)商初步推斷異響故障發(fā)生源來(lái)自材料表面的污染，經(jīng)過(guò)油污檢測(cè)化驗(yàn)，油污結(jié)果為陰性（報(bào)告見(jiàn)圖1 所示），可能性已排除。

圖1 油污檢測(cè)報(bào)告

2019 年1 月份下線車(chē)異響數(shù)量52 起，故障率3700ppm。全部異響發(fā)生在左前制動(dòng)器，右前制動(dòng)器無(wú)異常，故障車(chē)通過(guò)更換更換、打磨、對(duì)換摩擦片可以消除，因此初步判斷摩擦片與制動(dòng)盤(pán)匹配不良，摩擦片不良的可能性更大些。

3 原因分析

通過(guò)故障現(xiàn)象和產(chǎn)品全流程可能性分析，識(shí)別出以下六個(gè)可能導(dǎo)致前制動(dòng)異響的末端因素，分別是：1）摩擦片表面平面度影響；2）摩擦片燒蝕時(shí)間影響；3）制動(dòng)盤(pán)尺寸和形位公差影響；4）制動(dòng)盤(pán)材質(zhì)性能影響；5）制動(dòng)盤(pán)的加工方法；6）制動(dòng)盤(pán)表面粗糙度影響，下面針對(duì)每個(gè)末端因素進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。

3.1 摩擦片表面平面度影響

對(duì)正常無(wú)異響車(chē)輛內(nèi)摩擦片表面用砂紙打磨 一邊高一低，目視摩擦片兩端平面度差值約1mm（如圖2 所示），裝車(chē)路試驗(yàn)證，結(jié)果故障未再現(xiàn)。

圖2 摩擦片表面平面度改變

驗(yàn)證結(jié)論：摩擦片表面平面度對(duì)異響無(wú)影響。

3.2 摩擦片初期硬度影響

摩擦片燒蝕工藝時(shí)間3min→4min，使摩擦片初期硬度降低，制作樣件裝車(chē)驗(yàn)證（如圖3 所示），結(jié)果500 臺(tái)份下線車(chē)出現(xiàn)5 輛車(chē)異響，驗(yàn)證無(wú)效。

圖3 摩擦片燒蝕時(shí)間改變

驗(yàn)證結(jié)論：摩擦片初期硬度對(duì)異響無(wú)影響。

3.3 制動(dòng)盤(pán)跳動(dòng)、DTV、平面度等影響

對(duì)故障車(chē)拆下的制動(dòng)盤(pán)分別進(jìn)行上下面跳動(dòng)、周向DTV、徑向DTV、平面度、平行度檢測(cè)（如圖4 所示）。

圖4 各項(xiàng)形位公差等檢測(cè)

驗(yàn)證結(jié)論：檢測(cè)結(jié)果均滿足圖紙要求。

3.4 制動(dòng)盤(pán)材質(zhì)性能等影響

對(duì)故障車(chē)拆下的制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行材質(zhì)理化性能試驗(yàn)分析（如圖5 所示）。

圖5 化學(xué)成份金相硬度抗拉強(qiáng)度

驗(yàn)證結(jié)論：制動(dòng)盤(pán)材質(zhì)理化性能對(duì)異響無(wú)影響。

3.5 制動(dòng)盤(pán)的加工方法

為改變摩擦片和制動(dòng)盤(pán)作用力初始狀態(tài)，將制動(dòng)盤(pán)表面車(chē)削改為磨削（如圖6 所示），經(jīng)過(guò)1000 臺(tái)份磨削制動(dòng)盤(pán)裝車(chē)試驗(yàn)，無(wú)一輛異響車(chē)輛發(fā)生。

圖6 制動(dòng)盤(pán)表面車(chē)削改為磨削

驗(yàn)證結(jié)論：制動(dòng)盤(pán)的加工方法對(duì)異響有影響。

3.6 制動(dòng)盤(pán)表面粗糙度影響

對(duì)異響車(chē)拆下的4 只制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行表面質(zhì)量檢驗(yàn)，結(jié)果粗糙度全部超出圖紙規(guī)定Ra 1.6 要求（如圖7 所示）。

圖7 制動(dòng)盤(pán)表面粗糙度

對(duì)序號(hào)1 制動(dòng)盤(pán)表面狀態(tài)做進(jìn)一步檢測(cè)（如表2 所示）。

表2

深度檢測(cè)結(jié)果多項(xiàng)指標(biāo)不滿足規(guī)定要求，因此判定制動(dòng)盤(pán)粗糙度超差與剎車(chē)異響有強(qiáng)相關(guān)性。

4 要因分析

4.1 制動(dòng)盤(pán)摩擦面車(chē)加工分析

圖8 制動(dòng)盤(pán)車(chē)削的螺旋紋路

圖9 左右制動(dòng)盤(pán)螺紋線與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向

制動(dòng)盤(pán)由內(nèi)圈向外圈進(jìn)行車(chē)削加工，表面會(huì)呈現(xiàn)螺紋線形貌（如圖8 所示），由于左右制動(dòng)盤(pán)為互換件，因此左右制動(dòng)盤(pán)螺旋線的方向相同，從整車(chē)側(cè)面觀察，左前輪制動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向與螺旋線方向相一致，而右前輪旋轉(zhuǎn)方向與螺旋線方向相反（圖9 所示）。

4.2 制動(dòng)時(shí)摩擦片與制動(dòng)盤(pán)的作用力分析

一組摩擦片安裝在制動(dòng)鉗殼體和支架中間，摩擦片和制動(dòng)鉗殼體及支架之間依靠卡簧片彈性連接，（如圖10），正常工況下彈簧力給摩擦片作用力為f，受力方向指向制動(dòng)盤(pán)圓心。當(dāng)制動(dòng)時(shí)摩擦片相對(duì)靜止不變，而制動(dòng)盤(pán)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。左摩擦片受到螺旋線給的力F 方向背向制動(dòng)盤(pán)圓心。右摩擦片則相反，受力F 指向制動(dòng)盤(pán)圓心[1]（如圖11 所示）。

圖10 制動(dòng)卡鉗和彈簧片

圖11 摩擦片與制動(dòng)盤(pán)的作用力分析

F 的大小與制動(dòng)盤(pán)表面紋路溝槽深淺和紋路一致性相關(guān):表面紋路溝槽越深越不均勻，F(xiàn) 越大[2]。當(dāng)前制動(dòng)盤(pán)粗糙度和最大波紋度明顯超標(biāo)時(shí)，導(dǎo)致了F 異常加大，超過(guò)了彈簧力值f。

4.3 異響產(chǎn)生的要因

由于制動(dòng)盤(pán)車(chē)削加工的粗糙度和波紋度超差，導(dǎo)致F＞f，對(duì)于左前輪制動(dòng)器，F(xiàn) 帶動(dòng)摩擦片沿摩擦面徑向向外運(yùn)動(dòng)，當(dāng)F 周期性突然變小時(shí)，摩擦片則在f 作用下迅速回位，導(dǎo)致摩擦片與制動(dòng)鉗支架產(chǎn)生有節(jié)奏的撞擊聲——“噠噠”異響。

5 改進(jìn)實(shí)施

5.1 對(duì)策提出和篩選

前制動(dòng)器異響機(jī)理和要因明確后，順利成章的提出改進(jìn)對(duì)策，可選擇四個(gè)改進(jìn)方向：

（1）制動(dòng)盤(pán)廠家優(yōu)化生產(chǎn)工藝，改善表面粗糙度，減 小 F 值；

（2）摩擦片目數(shù)由60 改80，改善摩擦片表面粗糙度，有利于降低F；

（3）制動(dòng)盤(pán)車(chē)削改磨削工藝，顯著降低F 值；

（4）通過(guò)改變制動(dòng)卡鉗彈簧的材料厚度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法來(lái)增加彈簧力f 值，使f＞F。

根據(jù)六性（重點(diǎn)的3 性）準(zhǔn)則對(duì)提出對(duì)策進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)、篩選，最終采納前兩項(xiàng)對(duì)策，后兩項(xiàng)作為備選方案。

5.2 改進(jìn)實(shí)施

5.2.1 制動(dòng)盤(pán)粗糙度的改進(jìn)

排查制動(dòng)盤(pán)廠家制造過(guò)程，驗(yàn)證車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)加工參數(shù)及刀具壽命設(shè)定，符合要求，分析精車(chē)刀具，發(fā)現(xiàn)精車(chē)外剎車(chē)面刀桿角度過(guò)大，安裝刀具后傾斜角過(guò)大，加工過(guò)程中刀尖后部修光刃沒(méi)有起到修光作用，導(dǎo)致粗糙度達(dá)到上限或超差現(xiàn)象；采取調(diào)整盤(pán)面精車(chē)剎面刀桿的角度，加大刀具圓弧與工件的接觸面，并對(duì)刀桿角度固化；兩刀進(jìn)給精車(chē)兩次制動(dòng)面，第一刀保證制動(dòng)面兩側(cè)余量均勻，第二刀保證粗糙度符合要求（如圖12 所示）。

圖12 兩刀進(jìn)給精車(chē)兩次制動(dòng)面

5.2.2 摩擦片目數(shù)的改進(jìn)

摩擦片表面打磨目數(shù)提升（60 改為80），摩擦片表面打磨目數(shù)提高， 提升摩擦片表面光滑度，平行度和平面度。使盤(pán)與片的配合得到優(yōu)化（如圖13 所示）。

圖13 摩擦片打磨目數(shù)提升

6 效果評(píng)價(jià)

上述兩項(xiàng)措施到位后連續(xù)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)下線車(chē)輛一個(gè)月，前 制動(dòng)“噠噠”異響故障再無(wú)發(fā)生，確認(rèn)改進(jìn)有效。

6.1 有形效果

（1）降低0 公里故障件報(bào)廢率，按18 年冬季現(xiàn)場(chǎng)均報(bào)廢數(shù)量77 臺(tái)，單價(jià)300 元/臺(tái)；年節(jié)約成本達(dá)77*300=23100元。

（2）市場(chǎng)索賠：降低市場(chǎng)索賠額，按零公里和IPTV1索賠20 個(gè)，單價(jià)600 元/臺(tái)；年節(jié)約成本20*600=12000 元。

6.2 無(wú)形效果

（1）提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品市場(chǎng)滿意度；

（2）減少勞動(dòng)強(qiáng)度，減少下線返修頻次，提高員工滿意度；

（3）提升用戶(hù)滿意度，提高IQS 滿意度。

7 結(jié)論

車(chē)削加工制動(dòng)盤(pán)的表面粗糙度和螺旋線，對(duì)摩擦片沿制動(dòng)盤(pán)的徑向受力產(chǎn)生直接影響，左側(cè)車(chē)輪的制動(dòng)盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向與制動(dòng)盤(pán)螺旋線方向一致，旋轉(zhuǎn)過(guò)程螺旋線給摩擦片徑向向外的作用力，在制動(dòng)盤(pán)的加工粗糙度和最大波紋度有明顯超差情況下，中等車(chē)速踩制動(dòng)時(shí)摩擦片在制動(dòng)鉗支架彈簧卡片中間容易發(fā)生竄動(dòng)，導(dǎo)致制動(dòng)異響，通過(guò)調(diào)整精車(chē)剎面刀桿的角度，加大刀具圓弧與工件的接觸面，兩刀進(jìn)給精車(chē)兩次制動(dòng)面的措施，明顯改善制動(dòng)盤(pán)摩擦面的粗糙度，有效地解決了異響故障。